La Terre est-elle prise dans un anneau de mystérieuse matière noire ?

Après avoir décroché, avec tambours et trompettes, le boson de Higgs – confirmation expérimentale en 2012, prix Nobel en 2013 –, la physique sait que le temps est venu de changer de Graal, de changer de quête. La nouvelle cible s'appelle matière noire et avant d'aller plus loin, sans doute serait-il préférable de dire deux mots à son sujet. Il s'agit tout simplement d'un des secrets les mieux gardés de l'Univers. Les seuls indices que nous détenions viennent des observations astronomiques des galaxies et amas de galaxies. Elles montrent que la matière ordinaire, celle dont les étoiles, vous, moi et le support sur lequel vous lisez ce texte sommes bâtis, ne suffit pas à expliquer certains des phénomènes mesurés. N'émettant aucun rayonnement électromagnétique, un autre type de matière est là, invisible et insaisissable, qui ne dévoile rien d'autre que ses effets gravitationnels.

Les astronomes estiment que la matière noire englobe les galaxies dans une sorte de halo et leur confère cohésion et stabilité. Les cosmologistes lui font également jouer un rôle "séminal" dans la formation des premières galaxies au commencement de l'Univers et ont calculé qu'elle représentait 85 % de la matière présente dans le cosmos ! Pour résumer, on peut dire que la masse de la matière noire se "sent" mais qu'on ignore tout de sa nature, des particules qui la constituent, car aucune détection directe n'en a jamais été effectuée à ce jour. Ce qui n'est guère étonnant puisque cette matière interagit très peu (voire pas du tout...) avec les atomes de la matière dite ordinaire – laquelle pourrait fort bien être qualifiée d'exotique étant donné qu'elle est très minoritaire dans l'Univers. Malgré cette difficulté immense, nombreux sont les chercheurs qui croient la matière noire à portée d'instruments ainsi qu'en témoignent plusieurs expériences en cours comme, par exemple, LUX qui vient de donner ses premiers résultats – négatifs – il y a quelques semaines, CDMS, AMS (installée sur la Station spatiale internationale) ou Edelweiss, située sous les Alpes dans le laboratoire souterrain de Modane.
Les derniers instruments qui pourraient avoir repéré la présence de la matière noire par ses effets gravitationnels n'étaient a priori pas conçu pour cela puisqu'il s'agit des... systèmes de positionnement par satellites, aussi connus sous le nom du plus célèbre d'entre eux, le GPS. Ainsi que le rapporte New Scientist, lors du congrès d'automne de l'American Geophysical Union (AGU), une des plus importantes conférences scientifiques du monde qui s'est tenue en décembre 2013 à San Francisco, le chercheur américain Ben Harris (université du Texas) a mis au jour une curieuse anomalie. Ce spécialiste des systèmes de géolocalisation a emmagasiné et analysé neuf mois de données envoyées par les satellites du GPS et de Glonass (le système russe) ainsi que par les premiers éléments de la constellation Galileo, le futur GPS européen. La position des satellites étant connue avec une précision excellente et dépendant du champ gravitationnel terrestre, Ben Harris a tout simplement eu l'idée de peser la Terre avec !
Et là, petite surprise. La masse ainsi obtenue est très légèrement supérieure à celle qui fait référence dans les manuels d'astronomie et d'astronautique. La différence peut sembler minime – entre 0,005 et 0,008 % de plus que prévu – mais, à l'échelle de la Terre, cela représente tout de même entre 300 et 480 millions de milliards de tonnes. Plusieurs raisons peuvent expliquer cet écart : soit il y a une erreur dans les calculs de Ben Harris, soit la référence avait besoin d'être affinée à la hausse, soit ces chiffres révèlent un phénomène réel. C'est cette troisième hypothèse que le chercheur américain a retenue et présentée à la conférence de l'AGU. Si les satellites GPS ont "senti" la Terre plus massive qu'elle ne l'est en réalité, c'est peut-être, dit-il, parce qu'un anneau de matière noire l'entoure. Selon Ben Harris, l'objet aurait un peu la même forme que les anneaux de Saturne, fin (moins de 200 kilomètres d'épaisseur) et d'un diamètre de 70 000 km.
Le scénario de Ben Harris, joli sur le papier, demeure très hypothétique et donc à confirmer. Néanmoins, il pourrait coller avec une anomalie qui défie la science depuis plus de deux décennies et qui trouve elle aussi sa source dans le proche environnement de la Terre. Le 8 décembre 1990, lors de son voyage vers Jupiter, la sonde Galileo bénéficie de ce que l'on appelle une assistance gravitationnelle de la Terre. Il s'agit d'une manœuvre destinée à profiter de l'attraction de la planète pour modifier la trajectoire ou la vitesse de la sonde. Ce jour-là, tout se passe bien mais les contrôleurs de vol s'aperçoivent que Galileo va un chouïa plus vite (4 millimètres par seconde...) que prévu. Le même phénomène se produit en 1998 et en 1998 et en 2005 avec les sondes NEAR et Rosetta. La première gagne plus de 13 millimètres par seconde ce qui n'est pas sans conséquence pour un vaisseau qui va foncer encore deux ans dans l'espace avant son rendez-vous avec un petit astéroïde...

L'anomalie, qui ne s'est pas produite lors d'autres assistances gravitationnelles, reste incomprise à ce jour. Mais, en 2009, dans un article publié par Physical Review D, le physicien des particules américain Stephen Adler a émis l'hypothèse que cette bizarrerie pouvait trouver son origine... dans un anneau de matière noire centré sur la Terre. La probabilité pour que le scénario tienne la route ne semble pas faramineuse mais, comme vient de le rappeler un article du Scientific American, la matière noire ayant jusque là échappé à tous les pièges que lui ont tendus les physiciens, peut-être faut-il miser sur le peu probable pour lui mettre la main dessus. A moins évidemment qu'elle n'existe tout simplement pas et que, comme certains le prétendent, notre modèle de la gravitation, hérité d'Albert Einstein, ait besoin d'être réécrit.

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